王元丰:科学发展挑战人类科研能力

2010-9-03 10:07 来源: 科学时报
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  20世纪以来,特别是二战以后,科学知识以前所未有的速度增长。科学知识迅猛增长主要由于下面三个方面因素的推动:1.学科交叉融合。跨学科研究、学科交叉研究不断开拓出新的研究领域,促使新兴学科不断涌现。此外,传统学科不断分化出新的分支,孕育出许多新学科生长点。2.研究方法与手段的进步。先进现代实验与计算方法、技术和手段的运用,使科学研究能力大大增强,并且还原论与整体论相结合,微观研究与宏观研究方法相结合,不断创新科学研究的方法论,使人类不断突破传统研究的极限。3.科学和技术的融合。科学与技术之间的相互融合、相互作用和相互转化,逐步形成一体的科学技术体系,极大地拓展了科学的研究范畴,促进了科学知识的增长。

  但是,科学知识的快速增长没有使需要研究的问题减少,相反,摆在人类面前的问题同样急剧增长。从认识论讲,人类认识和发现问题的能力是随着其拥有知识的增加而增长的。另一方面,现代科学已不再是传统意义上的自然科学,尽管像组成物质的基本粒子、宇宙与生命的起源等问题仍是科学研究的根本问题,但科学现在研究的对象绝大部分是人类所创造出来的问题。

  人类创造问题的能力远大于其解决问题的能力,人类没有能力解决所有的科学问题,科学研究的疆域是没有边界的。但是,因为人类的科学研究能力不足,难以跟上科学发展的要求,科学问题的增长给科学研究带来很大的挑战。这一问题需要引起深思,由此衍生的问题值得深入研究。

  影响科学研究能力的因素主要是科研资金投入量、科研人员的数量与素质以及科研基础设施状况。其中,科研资金的投入量最重要,它不但决定科学研究的开展程度,而且决定科研人员数量,决定着科研基础设施的先进程度。

  近几年,全世界每年研究与发展(R&D)的投入在7000亿至7500亿美元左右,占当年全世界GDP的2%左右。在R&D的投入中,像美国及欧洲发达国家也仅有1/6左右用在基础研究上,发展中国家则更低,全世界在科学研究上的投入远低于花在武器或毒品上的费用。而且,值得关注的是,在R&D的投入中,商业机构的投入已占主导地位,而商业机构投入的主要目的并不是基础科学研究;更值得关注的是,占科研投入绝大比例的西方国家正失去资助基础研究的兴趣。大量的科研项目申请得不到资助,美国国家自然科学基金会项目申请的资助率仅为25%左右。全世界的科学家都感到科学研究的经费不足,尤其是从事基础研究的科学家。法国科学家甚至为此走上街头,抗议政府基础研究经费的投入政策。

  在市场经济社会,科学家尤其是从事基础研究的科学家,工作要求高,经济收入水平仅在中产阶级行列,其职业并不特别具有吸引力,世界主要发达国家都面临着青年人对科技工作兴趣下降的问题。加之科研经费投入有限,科研人员的数量不可能十分充足,在一些学科上,科研人员数量不足的问题更加突出。虽然对是否存在科技人员短缺问题还有不同意见,但主要发达国家都面临着一段时间内科技人员退休高峰的挑战,美国这方面的问题更加显著:30%的大学教师年龄超过55岁,45岁以下的教师仅占36%。与此同时,现代科学研究对科研人员素质也提出了挑战。很多现代科学问题具有复杂性、非线性、多学科交叉性、技术依赖性等特点,对科学家及科学家团队提出很高的要求。科学家及科学家团队要具有多方面的知识积累,要掌握先进的研究手段,要有丰富的工作经验,要能够协同工作等等,才具备从事高水平科学研究工作的能力。科研工作者在整体上能否适应科学发展的要求,这方面尚未见到专门的研究。而笔者认为,科学发展对科研工作者素质的挑战比数量的挑战更大。

  科学的发展对科研基础设施不断提出更高的要求。美国拥有世界上最先进的科研条件,但在过去10年,美国自然科学基金会(NSF)、国家科技委员会(NSTC)、国家健康研究院(NIH)、国家航空航天局(NASA)的调查研究显示:科研基础设施的需求与供给之间的差距持续扩大,美国的科研基础设施未能满足科研发展的需要。在当代,建造和维护科学研究基础设施需要投入当量的资金。美国国家科技委员会(NSTC)在2003年发布的报告认为:在过去10年内,美国对学术研究基础设施的投资没有跟上飞速改变的技术、飞速增加的研究机会以及飞速增长的用户数;国家科学基金用于基础设施的预算太少,仅占22%。很多大型科研基础设施由于其本身的复杂性以及资金投入、技术、人员、管理等方面的要求,远非一个国家所能完成,目前一些大型科研基础设施通过国际合作进行建设。然而,从人类共同面对重大科学问题的角度,这方面的工作仅仅是刚开始,还远不够深入。